Tài liệu Công nghệ rau xanh thông minh trong mô hình nhà kính dùng module arduino esp8266

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ TRỒNG RAU XANH THÔNG MINH TRONG MÔ HÌNH NHÀ KÍNH DÙNG MODULE ARDUINO ESP8266 Ngành: ĐIỆN TỬ Chuyên ngành: ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG Giảng viên hướng dẫn : Th.s Bùi Hữu Hiên Sinh viên thực hiện : Đặng Thành Hưng MSSV : 1311010095 Lớp : 13DDT01 TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 SVTH: Đặng Thành Hưng GVHD: TH.s Bùi Hữu hiên LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan: Những nội dung trong đồ án này là do em thực hiện dưới sự hướng dẫn của Thầy Bùi Hữu Hiên và nghiên cứu trên Internet, sách báo, các tài liệu trong và ngoài nước có liên quan, không sao chép hay sử dụng bài làm của bất kỳ ai khác. Mọi tham khảo dùng trong đồ án đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố. Em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời cam đoan của mình trước các thầy cô và nhà trường. Ngày tháng năm 2017 Sinh viên thực hiện 2 SVTH: Đặng Thành Hưng GVHD: TH.s Bùi Hữu hiên LỜI CẢM ƠN  Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn tất cả quý thầy giáo đã hướng dẫn và chỉ bảo hết sức tận tình trong thời gian em làm Đồ án tốt nghiệp vừa qua, đặc biệt là khoa Cơ - Điện - Điện Tử đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho em hoàn thành đồ án này. Em cũng vô cùng biết ơn thầy Bùi Hữu hiên là người trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo hết sức tận tình cho em hòan thành đồ án: Công nghệ trồng rau xanh thông minh trong mô hình nhà kính dung module Arduino ESP8266. Vì lần đầu làm đồ án tốt nghiệp và thiết kế thi công mạch với kiến thức và thời gian hạn chế nên sẽ không tránh khỏi nhiều sai sót. Với ước mong học hỏi, em rất mong nhận được sự góp ý của quí thầy, cô giáo chỉ bảo, hướng dẫn thêm để em rút kinh nghiệm cho những đồ án tiếp theo được tốt hơn. Xin chân thành cảm ơn. 3 SVTH: Đặng Thành Hưng GVHD: TH.s Bùi Hữu hiên LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... 2 LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. 3 LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................... 10 1. Đặt vấn đề ......................................................................................................... 10 2. Mục tiêu đề tài .................................................................................................. 10 3. Nội dung đề tài ................................................................................................. 10 4. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 11 5. Kết cấu đồ án .................................................................................................... 11 CHƯƠNG 1: TÓM TẮT VỀ CÁC LOẠI RAU XANH VÀ ĐIỀU KIỆN PHÁT TRIỂN CỦA RAU ........................................................................................................ 12 1.1 Các loại rau xanh trong nhà kính ...................................................................... 12 1.1.1 Rau xanh lá ................................................................................................. 12 1.1.2 Rau bina( Spinach ) .................................................................................... 13 1.2 Điều kiện phát triển của rau.............................................................................. 14 1.2.1 Đất .............................................................................................................. 14 1.2.2 Phân bón ..................................................................................................... 14 1.2.3 Mật độ trồng ............................................................................................... 14 1.2.4 Nhiệt độ - độ ẩm ......................................................................................... 15 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỂ CÔNG NGHỆ INTERNET OF THING ................. 16 2.1 Mạng lưới vạn vật kết nối Internet ................................................................... 16 2.1.1 Khái niệm ................................................................................................... 16 2.1.2 Các mục tiêu của Internet of Thing ............................................................ 17 2.1.3 Tiềm năng công nghệ ................................................................................. 17 2.1.4 IoT là công nghệ tương lai ......................................................................... 18 2.1.5 Cách thức hoạt động của IoT ..................................................................... 19 2.1.6 IoT và những bộ cảm biến.......................................................................... 19 2.1.7 IoT và quyền riêng tư và bảo mật .............................................................. 21 4 SVTH: Đặng Thành Hưng 2.2 GVHD: TH.s Bùi Hữu hiên Xu hướng và tính chất ...................................................................................... 21 2.2.1 Thông minh ................................................................................................ 21 2.2.2 Kiến trúc dựa trên sự kiện .......................................................................... 22 2.2.3 Là một hệ thống phức tạp........................................................................... 22 2.2.4 Kích thước .................................................................................................. 22 2.2.5 Vấn đề không gian, thời gian ..................................................................... 22 2.2.6 Ứng dụng .................................................................................................... 23 2.3 Những thách thức ảnh hưởng đến sự phát triển của mô hình IoT.................... 24 2.3.1 Chưa có sự chuẩn hóa ................................................................................ 24 2.3.2 Hàng rào subnetwork ................................................................................. 25 2.3.3 Chi phí phát triển mạng .............................................................................. 25 2.3.4 Kết luận chương ......................................................................................... 26 CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG TRONG IoT ................................... 27 3.1 Wifi ................................................................................................................... 27 3.2 Nguyên tắc hoạt động của Wifi ........................................................................ 27 3.3 Wifi hoạt động như thế nào .............................................................................. 28 3.4 Bảo mật trong Wifi ........................................................................................... 29 CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU LINH KIỆN ...................................................................... 30 4.1 Cảm biến DHT 11............................................................................................. 30 4.2 Kit Node MCU ESP8266 V3.0 ........................................................................ 34 4.3 Relay (rờ-le)...................................................................................................... 42 4.4 Mạch giảm áp DC LM2596.............................................................................. 43 43 CHƯƠNG 5: NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH VÀ PHẦN MỀM PHỤ TRỢ ..................... 44 5.1 Giới thiệu môi trường lập trình Arduino IDE .................................................. 44 5.2 Lập trình cho ESP8266 trên Arduino IDE ....................................................... 45 5.3 Giao thức HTTP ............................................................................................... 46 5.4 Giao thức TCP/IP ............................................................................................. 48 5 SVTH: Đặng Thành Hưng GVHD: TH.s Bùi Hữu hiên CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH .................................................... 49 6.1 Sơ đồ khối và chức năng các khối .................................................................... 49 6.1.1 Sơ đồ khối .................................................................................................. 49 6.1.2 Chức năng các khối .................................................................................... 49 6.2 Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý hoạt động ......................................................... 50 6.2.1 Sơ đồ nguyên lý .......................................................................................... 50 6.2.2 Nguyên lý hoạt động .................................................................................. 51 6.3 Tính toán mạch ................................................................................................. 52 6.3.1 Khối điều khiển động cơ ............................................................................ 52 CHƯƠNG 7: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ THI CÔNG MẠCH ................................. 54 7.1 Lưu đồ giải thuật............................................................................................... 54 7.2 Thi công mạch .................................................................................................. 58 CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.............................................. 61 8.1 Kết Luận ............................................................................................................... 61 8.2 Hướng phát triển .................................................................................................. 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 62 Code chương trình...................................................................................................... 63 6 SVTH: Đặng Thành Hưng GVHD: TH.s Bùi Hữu hiên MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 2. 1 Mô hình IoT ................................................................................................... 16 Hình 3. 1: Mô hình thu phát song WiFi ........................................................................ 27 Hình 4. 1: Cảm biến DHT11 ......................................................................................... 30 Hình 4. 2: Sơ đồ chân DHT11 ...................................................................................... 30 Hình 4. 3: Tín hiệu Bit 0................................................................................................ 33 Hình 4. 4: Tín hiệu Bit 1................................................................................................ 33 Hình 4. 5: Nguyên lý truyền và nhận thông tin của DHT11 ......................................... 34 Hình 4. 6: Kit RF thu phát WiFi ESP8266 NodeMCU CP2102 ................................... 34 Hình 4. 7: Sơ đồ khối Kit RF thu phát WiFi ESP8266 NodeMCU CP2102 ................. 35 Hình 4. 8: Sơ đồ chân các khối trong Kit NodeMCU ESP12 ....................................... 36 Hình 4. 9: Sơ đồ ứng dụng NodeMCU.......................................................................... 39 Hình 4. 10: Sơ đồ chân ESP8266.................................................................................. 41 Hình 4. 11: Sơ đồ nối chân Relay ................................................................................. 42 Hình 4. 12: LM2596 ...................................................................................................... 43 Hình 5. 1: Giao diện Arduino IDE ................................................................................ 44 Hình 5. 2: Chọn Board .................................................................................................. 45 Hình 5. 3: Mô tả hoạt động ........................................................................................... 46 Hình 5. 4: Cấu tạo một địa chỉ Website ........................................................................ 47 Hình 6. 1: Sơ đồ khối toàn mạch................................................................................... 49 Hình 6. 2: Sơ đồ nguyên lý của mạch ........................................................................... 50 Hình 6. 3: Khối điều khiển động cơ .............................................................................. 52 Hình 7. 1: Lưu đồ giải thuật chính của mạch ............................................................... 54 Hình 7. 2: Lưu đồ giải thuật bật tắt chế độ tự động ..................................................... 55 Hình 7. 3: Lưu đồ giải thuật chế độ điều khiển động cơ tự động ................................. 56 7 SVTH: Đặng Thành Hưng GVHD: TH.s Bùi Hữu hiên Hình 7. 4: Lưu đồ giải thuật điều khiển động cơ phun sương và đèn .......................... 57 Hình 7. 5: Bản vẽ Layout của mạch .............................................................................. 58 Hình 7. 6: Mạch sau khi gắn linh kiện .......................................................................... 59 Hình 7. 7: Quá trình thi công và mô hình ..................................................................... 60 8 SVTH: Đặng Thành Hưng GVHD: TH.s Bùi Hữu hiên MỤC LỤC BẢNG Bảng 4. 1: Thông số chi tiết DHT11 ............................................................................. 31 Bảng 4. 2: Chức năng các chân của chip ESP-12E ..................................................... 38 Bảng 4. 3: Thông số các ngõ vào của NodeMCU......................................................... 40 9 SVTH: Đặng Thành Hưng GVHD: TH.s Bùi Hữu hiên LỜI NÓI ĐẦU 1. Đặt vấn đề  Chắc hẳn chúng ta ai cũng phải ăn rau, ông cha ta có câu:”Cơm không rau như đau không thuốc”. Vì thế con người Việt Nam chúng ta hay người nước ngoài cần được đáp ứng nguồn thực phẩm không thể thiếu này. Ngày nay khi xã hội ngày một phát triển, đại đa số người tiêu dùng không còn nghĩ liệu rằng có đủ số lượng rau để đáp ứng hay không mà mối quan tâm hang đầu đó là sản phẩm có sạch hay không?, có đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm hay không? Tuy nhiên vấn đề đặ ra ở đây là rau chưa qua chế biến và đang được trồng, mà đặc biệ là công nghệ sản xuất rau đảm bảo an toàn hay còn gọi là rau sạch, điển hình như: ‘‘mô hình trồng rau xanh” vì vậy em đã nghĩ ra 1 mạch điều khiển nhằm kiểm soát nhiệt độ cũng như độ ẩm của trang trại trồng rau. Qua đó giúp người nông dân có thể biết được những yếu tố cần thiết để giúp rau phát triển 1 cách tốt nhất tránh việc sử dụng thuốc để phòng trừ sâu bệnh khi nhiệt độ hoặc độ ẩm không ổn định. 2. Mục tiêu đề tài  Mục tiêu đề ra là mạch phải đảm bảo việc hiển thị chính xác nhiệt độ và độ ẩm cũng như kích hoạt các thiết bị giúp cho việc ổn định nhiệt độ nhằm giúp rau phát triển tốt nhất bằng công nghệ hiện đại giảm bớt sự khó khăn trong trồng trọt. 3. Nội dung đề tài  Đề tài sẽ giúp ta biết được nhiệt độ của trang trại trồng rau cũng như sự điều chỉnh ổn định nhiệt độ phù hợp. 10 SVTH: Đặng Thành Hưng GVHD: TH.s Bùi Hữu hiên 4. Phương pháp nghiên cứu  Thông tin về các loại rau xanh được tìm kiếm trên mạng về nhiệt độ và đặc tính kỹ thuật khi trồng rau, sử dụng protues để mô phỏng mạch, cũng như dùng bo test mạch để kiểm tra mạch có chạy không trước khi thi công. 5. Kết cấu đồ án  Đồ án gồm 8 chương :  Chương 1: Tóm tắt về các loại rau xanh và điều kiện phát triển của rau.  Chương 2: Tổng quan về công nghệ Internet of Thing. (IoT)  Chương 3: Công nghệ truyền thông trong IoT.  Chương 4: Giới thiệu linh kiện.  Chương 5: Ngôn ngữ lập trình và phần mềm phụ trợ.  Chương 6: Tính toán và thiết kế mạch.  Chương 7: Lưu đồ giải thuật và thi công mạch.  Chương 8: Kết luận và hướng phát triển. 11 SVTH: Đặng Thành Hưng GVHD: TH.s Bùi Hữu hiên CHƯƠNG 1: TÓM TẮT VỀ CÁC LOẠI RAU XANH VÀ ĐIỀU KIỆN PHÁT TRIỂN CỦA RAU 1.1 Các loại rau xanh trong nhà kính  Có một sự khác biệt lớn giữa các loại cây trồng và các loại rau nhà kính. Hiện nay đã có xu hướng phát triển rau và trái cây trong nhà kính, nơi họ đã kiểm soát môi trường để kiểm soát nhiệt, mở rộng mùa trồng trọt và bảo vệ chúng khỏi sương giá. 1.1.1 Rau xanh lá  Rau lá xanh là một trong những cơ hội thú vị nhất cho sản xuất nhà kính, đặc biệt là các loại salad và rau diếp. Gần như tất cả rau lá xanh sẽ phát triển mạnh trong môi trường ngày càng tăng cùng cần thiết đối với hầu hết các loại cây trồng làm cảnh. Vì vậy, ngoài việc học tập các kỹ thuật ngày càng cao của rau lá xanh, cho dù trong đất hoặc trồng cây trong nước là cần thiết bởi các ngành công nghiệp trang trí để phát triển rau lá xanh.  Gồm có: rau dền, cải thìa, cải ngọt, cải bẹ, rau mồng tơi, ....  Cách gieo trồng:  Bước 1: ủ hạt giống - Ngâm hạt giống theo tỷ lệ 2 phần nước sôi và 3 phần nước lạnh. - Ngâm từ 3-6 tiếng rồi vớt ra ủ lại bằng giấy có thấm nước. - Khi thấy hạt bắt đầu nứt vỏ, lấy ra để ráo nước và không bị dính cục.  Bước 2: Chuẩn bị đất trồng  Bước 3: Dùng bình phun có tia nước nhỏ, phun ướt đều khay đất trồng để tạo độ ẩm.  Bước 4: tỉa thưa và sang khay  Bước 5: bón phân: 12 SVTH: Đặng Thành Hưng GVHD: TH.s Bùi Hữu hiên - Bón phân lần 1: Sau khi cây rau cải ra được từ 2-3 cặp lá, pha 08g10g urê ( 02 muỗng cà phê đầy) với 2 lít nước rồi tưới đều trên rau, sáng hôm sau trước khi trời nắng tưới lại rửa lá bằng nước sạch . - Bón bổ sung vitamin: Sau khi bón phân ure lần 1, tiếp tục phun luân phiên thêm phân bón lá vitamin như B1, Rong biển, Atonik… để giúp cây rau cải có sức đề kháng với sâu bệnh. - Bón phân lần 2: Cách lần 1 từ 10-15 ngày, liều lượng 08g-10g NPK, hoặc DAP cho 3-4 lít nước, sáng hôm sau tưới rửa lá giống như lần 1. 1.1.2 Rau bina( Spinach )  Là loại rau chân vịt hay còn gọi là cải bó xôi, rau bina (danh pháp hai phần: Spinacia oleracea) là một loài thực vật có hoa thuộc họ Dền (Amaranthaceae), có nguồn gốc ở miền Trung và Tây Nam Á. Rau chân vịt là loại rau tốt cho sức khỏe, ngoài ra nó còn là một vị thuốc.  Rau bina (cải bó xôi) rất ưa thích khí hậu mát lạnh, chịu được rét, không chịu nóng. Là cây rau ở xứ lạnh. Cây sinh trưởng tốt ở nhiệt độ 18-20 độ C, sinh trưởng chậm khi nhiệt độ là 10 độ. Cây có thể chịu nhiệt độ thấp âm (-10) độ C.  Rau bina là loại rau ưa ẩm nhưng không chịu ngập úng. Rau bina ưa thích loại đất nhẹ (đất cát pha), tơi xốp giàu chất dinh dưỡng, tưới tiêu thuận lợi. Độ pH từ 6-8, cây có khả năng chịu mặn, nhưng không chịu chua. Trong 3 nguyên tố dinh dưỡng N, P, K, Rau bina cần nhiều N và K. 13 SVTH: Đặng Thành Hưng GVHD: TH.s Bùi Hữu hiên 1.2 Điều kiện phát triển của rau 1.2.1 Đất  Đất trồng rau bina phải tơi xốp, màu mỡ, tưới tiêu thuận lợi, xa nguồn ô nhiễm. Cày xới đất, làm sạch cỏ, lên luống rộng khoảng 1,5m. Cao khoảng 20 cm, rẽ rãnh luống rộng khoảng 25 cm.  Đất trồng không bị phèn mặn.  Các loại cải bao, su lơ, xà lách, đậu bắp, hành tỏi, cần tây chịu được độ pH = 5, 5 – 6, 7  Các loại đậu, cà rôt, cà, dưa chuột, ớt, cải củ, bí, su hào có độ pH= 5, 5 – 6, 8. 1.2.2 Phân bón  Lượng phân bón cho 1000m 2 đất trồng rau bina như sau:  Phân hữu cơ hoai mục: 1, 5-2 tấn.  Phân đạm urê; 25-30kg.  Phân supe phất phát (supe lân): 15 - 20kg.  Phân KCl 17-19kg. 1.2.3 Mật độ trồng  Cải xanh, cải ngọt: Lượng hạt giống gieo cho 1 sào (500m2) là 20 - 40g. Khoảng cách trồng:  Đối với cải xanh: 10 x 10-12 cm  Đối với cải ngọt: 15 x 20 cm.  Cải xà lách: Lượng hạt giống gieo cho 1 sào (500m2) là 20 - 30g. Khoảng cách trồng:  Vụ Đông Xuân: 15 x 18 hoặc 15 x 15.  Vụ Hè Thu: 15 x 15 hoặc 12 x 12. 14 SVTH: Đặng Thành Hưng GVHD: TH.s Bùi Hữu hiên 1.2.4 Nhiệt độ - độ ẩm  Một số loài rau sinh trưởng tốt ở < 5°C, đem trồng vào mùa nóng sẽ ngừng sinh trưởng.  Các loại rau bắp cải, su hào, cải trắng, củ cải phát triển tốt ở 13 – 15°C cao nhất lên đến 27°C, nếu nhiệt cao hơn cây sẽ chết.  Các loại xà lách cuốn, rau diếp, ngò tây, cải canh phát triển tốt ở 16°C có thể chịu được khi nhiệt độ xuống 7°C.  Độ ẩm dao động từ 70-90% là mức tốt nhất để phát triển rau xanh. 15 SVTH: Đặng Thành Hưng GVHD: TH.s Bùi Hữu hiên CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỂ CÔNG NGHỆ INTERNET OF THING 2.1 Mạng lưới vạn vật kết nối Internet 2.1.1 Khái niệm Hình 2. 1: Mô hình IoT  Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là mạng lưới thiết bị kết nối Internet viết tắt là IoT (tiếng Anh: Internet of Things) là một loại hình kết nối mới của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính. IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet. Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó. 16 SVTH: Đặng Thành Hưng GVHD: TH.s Bùi Hữu hiên  Một vật trong IoT có thể là một người với một trái tim cấy ghép; một động vật ở trang trại với bộ chip sinh học; một chiếc xe với bộ cảm ứng tích hợp cảnh báo tài xế khi bánh xe xẹp hoặc bất kỳ vật thể tự nhiên hay nhân tạo nào mà có thể gán được một địa chỉ IP và cung cấp khả năng truyền dữ liệu thông qua mạng lưới. Cho đến nay, IoT là những liên kết máy đến máy (M2M) trong ngành sản xuất, công nghiệp năng lượng, kỹ nghệ xăng dầu. Khả năng sản phẩm được tích hợp máyđến máy thường được xem như là thông minh. 2.1.2 Các mục tiêu của Internet of Thing  "Internet of Things" là một khái niệm, khi mà mỗi đồ vật, được cung cấp một định danh riêng, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính.  IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet. Hiểu một cách đơn giản, IoT là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó, mà không cần sự can thiệp của con người. 2.1.3 Tiềm năng công nghệ  Internet of Things (IoT) có thể quan trọng hơn Internet trong việc định hình lại bức tranh hình của nền kinh tế. Tiềm năng mạnh mẽ của IoT sẽ tạo nên một kỷ nguyên mới cho sự thịnh vượng .Với IoT, CNTT đang trở thành phần không thể thiếu của một sản phẩm. Một sản phẩm mới trong tương lai không thể thiếu các cảm biến đi kèm, bộ xử lý và phần mềm. Và những sản phẩm này sẽ được kết nối với các hệ thống phân tích để xử lý dữ liệu. Sự kết hợp đó sẽ làm thay đổi phương thức hoạt động của doanh nghiệp từ việc tạo ra các sản phẩm cho đến việc tương tác với khách hàng. 17 SVTH: Đặng Thành Hưng GVHD: TH.s Bùi Hữu hiên  Những sản phẩm mới và tốt hơn sẽ tạo bước nhảy vọt về hiệu suất phát triển của nền kinh tế. Làn sóng thứ 3 của CNTT là sự chuyển đổi mang tính định hướng và có tiềm năng lớn hơn bao giờ hết tạo nên sự đổi mới, tăng trưởng kinh tế mạnh mẽ so với 2 làn sóng trước.  Tiềm năng của IoT có thể khó nhận ra vì các sản phẩm hiện nay chưa thể hiện rõ những thay đổi mà nó mang lại. Dữ liệu thu về chưa được sử dụng vào mục đích cụ thể, các dịch vụ tao ra cũng chưa có. Cạnh tranh về giá cả, hay dịch vụ còn tương đối mơ hồ. Tất cả những tiến bộ gần đây từ điện toán đám mây, thiết bị di động và dữ liệu lớn hoặc mở rộng hoặc đang thay thế dần các hoạt động kinh doanh hiện tại, còn IoT chỉ mới là xu hướng mang tính trào lưu. 2.1.4 IoT là công nghệ tương lai  IoT đơn giản là bước logic tiếp theo trong một quá trình tiến hóa. Sự thật nằm ở các nền tảng xây dựng nên công nghệ IoT bao gồm vi điều khiển, vi xử lý, các bộ cảm biến môi trường và những loại khác, phương thức giao tiếp khoảng cách ngắn và xa đang được dùng rộng rãi ngày nay. Chúng đã trở nên rất mạnh mẽ, nhỏ hơn và chi phí sản xuất rẻ hơn.  IoT, như chúng ta định nghĩa, trong khi tiến hóa các công nghệ hiện hữu xa hơn, đơn giản thêm vào 1 khả năng nữa một hạ tầng dịch vụ bảo mật pha trộn vào công nghệ này. Một hạ tầng dịch vụ như vậy sẽ hỗ trợ việc giao tiếp và khả năng điều khiển từ xa sẽ cho phép các thích bị kích hoạt Internet đa dạng có thể làm việc cùng nhau. 18 SVTH: Đặng Thành Hưng GVHD: TH.s Bùi Hữu hiên 2.1.5 Cách thức hoạt động của IoT  Đa số thiết bị được gọi là ‘thông minh’ ngày nay đều đồng nghĩa với việc nó được sản xuất kèm theo tính năng giao tiếp qua các kênh không dây. Các giao thức giao tiếp không dây trong thế giới IoT được thiết kế để thỏa mãn các yêu cầu cơ bản: tiêu tốn ít năng lượng cho việc thu/phát sóng, tiêu tốn ít băng thông (để giảm gánh nặng cho router wireless và hệ thống mạng), hoạt động trong mạng mắt lưới… Một số thiết bị sẽ giao tiếp qua Wi-fi hay Bluetooth, nhưng đa phần sẽ tận dụng các kết nối sử dụng dải tần dưới mức GHz .  Đa số các thiết bị và cảm biến trong mạng IoT sẽ sử dụng điện từ điện gia dụng, nhưng cũng có rất nhiều thành phần trong đó, ví dụ như: cơ chế tự động khóa trên cửa, sẽ phải sử dụng các nguồn năng lượng như pin. Các thiết bị độc lập này sẽ gửi và nhận một lượng thông tin rất nhỏ theo một chu kì định sẵn. Vì vậy, miễn sao việc gửi tín hiệu không dây được thiết kế hợp lí để tiêu tốn ít năng lượng và băng thông, ngay cả khi sử dụng pin thì thời lượng sử dụng của các thiết bị này vẫn có thể kéo dài lên tới hơn 1 năm hay thậm chí cả thập kỉ. Một trong những hãng sản xuất thiết bị IoT đình đám nhất, Insteon, thậm chí đang tích cực sản xuất các dòng sản phẩm với khả năng giao tiếp qua cả kênh sóng không dây lẫn thông qua đường truyền tải điện (hiện đã có sẵn những công nghệ cho phép truyền tải tín hiệu ở mức hạn chế qua đường dây dẫn điện trong nhà), khiến độ tin cậy tăng lên rất nhiều. 2.1.6 IoT và những bộ cảm biến  Vấn đề cơ bản IoT đặt ra chính là năng lực mạng lưới quá tập trung. Ngay cả trong kỉ nguyên của đám mây, khi bạn truy cập dữ liệu và dịch vụ trực tuyến thì bạn hầu như đang giao tiếp với chỉ một số trung tâm dữ liệu khổng lồ có thể không nằm gần bạn. 19 SVTH: Đặng Thành Hưng GVHD: TH.s Bùi Hữu hiên  Điều đó hiệu quả khi bạn không truy cập lượng quá lớn dữ liệu và khi độ trễ không phải là vấn đề, nhưng nó không hiệu quả trong IoT, nơi bạn có thể làm những việc mang tính tức thời như điều khiển giao thông ở mỗi giao lộ trong thành phố đầy xe thông minh và tránh ùn tắc. Về lẽ đó, nếu bạn phải chờ lượng dữ liệu đó được gửi tới một trung tâm dữ liệu cách đó vài trăm dặm, được xử lý, và sau đó các lệnh được gửi lại tới đèn giao thông, điều đó sẽ là quá trễ.  Giải pháp chính là thực hiện xử lý dữ liệu ban đầu gần nơi các bộ cảm biến (điện toán sương mù) thu thập dữ liệu đầu tiên, vì thế lượng dữ liệu cần được gửi tới các máy chủ trung tâm được giảm thiểu và độ trễ được giảm bớt. Khả năng xử lý dữ liệu này nên được trang bị cho các bộ định tuyến.  Tuy nhiên, đây chỉ là 1 phần vấn đề. Có được dữ liệu thích hợp từ thiết bị thích hợp vào thời điểm thích hợp sẽ không chỉ đơn giản cần phần cứng và các bộ cảm biến, quan trọng là trí thông minh dữ liệu. Nếu bạn có thể hiểu dữ liệu và chúng chỉ được phân phối tới những nơi quan trọng, ở mức độ ứng dụng, điều này còn mạnh mẽ hơn bất kì lượng phần cứng nào bạn ném vào để xử lý vấn đề.  Mức độ ưu tiên và phân hóa dữ liệu nên được hoàn thành ở mức độ logic của ứng dụng. Kết hợp điều này với lưu trữ, xử lý thô dữ liệu tại rìa mạng lưới và bạn có một giải pháp để giảm độ trễ. 20